高性能混凝土技術在道路橋梁工程施工中的實踐研究

黃德宙

摘要：高性能混凝土具有混凝土強度大、水熱化作用低、密實度高等優點，廣泛應用于道路橋梁的施工用料中。文章介紹了高性能混凝土的特點及其優勢，并針對高性能混凝土技術在道路橋梁施工過程中的應用情況，分析了高性能混凝土技術應用要點，為高性能混凝土技術的施工應用提供經驗借鑒。

關鍵詞：高性能混凝土技術;道路橋梁;施工應用

0 引言

隨著我國經濟、技術的不斷發展進步，道路橋梁施工理念以及技術也得到了極大的進步，特別是施工用料的發展方面。道路橋梁施工中所需的基礎材料是混凝土，道路橋梁的施工質量和效果直接受混凝土材料的質量好壞影響。在進行道路橋梁施工過程中，混凝土受溫度、外部荷載力等方面的影響而出現形變裂縫問題，從而對道路橋梁的整個結構帶來安全隱患[1]，使用壽命受到影響。而高性能混凝土具有混凝土強度大、水熱化作用低、密實度高等諸多優點，廣泛應用于道路橋梁的施工用料中。

1 高性能混凝土的基本情況

1.1 高性能混凝土的內涵

高性能混凝土的英語縮寫為HPC，是一種新型的具有高新技術含量的混凝土。高性能混凝土的制作是以普通混凝土為基礎，通過發揮現代科學技術對混凝土材料的配比進行優化，將適量的添加劑、活性細砂摻和其中，從而保證高性能混凝土具有較高的體積穩定性、強抗滲透性、高強度以及穩定的力學性能，提高高性能混凝土在惡劣工作環境中的適應性[2]，因此，高性能混凝土廣泛應用于現代建筑中。而且與高強度混凝土相比，高性能混凝土不單具有較強的耐久性、彈性模量以及剛度，還具有較高的抗壓強度，所以在提高道路橋梁使用壽命和結構穩定性等方面具有較大的作用。根據1997年聯合國國際混凝土路面會議的有關內容，要積極推廣抗壓強度>17 MPa的高性能混凝土，將高強度混凝土應用到連續鋪筑混凝土路面中，以此保證道路橋梁表面的抗滲透性和密實度。隨著我國對高性能混凝土技術研究的不斷加深，對混凝土的配比進行科學的優化，使高性能混凝土的質量得到了較大的提高。

1.2 高性能混凝土的特點及其優勢

高性能混凝土的質量經過不斷改善發展，具有以下幾方面的優點：

（1）抗壓性強。與普通混凝土相比，高性能混凝土的強度提高了一倍，而且在混凝土結構重量上，高性能混凝土不會增加其自重。根據高性能混凝土的強度變化情況可知，其齡期越長，抗壓強度越大（詳見圖1）。

（2）節能環保[3]。根據傳統的建筑工程的特點，它們的耗能相對較高，而在我國產業轉型升級、經濟結構調整的大背景下，廣泛應用高性能混凝土，既可以壓縮道路橋梁的施工工期，又可以將建筑材料用量進行降低，從而滿足我國綠化環保的要求。

（3）坍落度小。坍落度反映的是混凝土的和易性，也是衡量混凝土質量的重要標準之一。高性能混凝土具有較小的坍落度，因此在展開道路與橋梁施工時不容易存在離析問題。

（4）耐久性高。由于我國汽車保有量近年來不斷上升，車流量不斷增多，這對道路橋梁的抗壓荷載能力提出了新要求，而道路橋梁的基礎材料是混凝土，只有保證混凝土的高耐久性和抗壓性，才能保證道路橋梁的穩定性和安全性。

2.1 在道路施工過程中高性能混凝土的應用

2.1.1 路面作業

在整個道路造價費用支出中，路面作業過程中所發生的費用占比高達30%左右，所以在保證道路施工質量的大前提下，如何最大程度地壓縮施工成本是值得所有施工單位考慮的問題。道路路面施工完畢后，會一直處于受力受壓狀態，所以一定要保證路面具有良好的抗滑性、平整性、穩定性、剛度以及強度[4]。而高性能混凝土就符合以上要求，具有良好的耐久性、較強的體積穩定性、施工可塑性和化學強度，能夠長時間在高壓、侵蝕的環境中保持穩定的屬性。具體到基層，高性能混凝土可以保證來往車輛所產生的垂直荷載在面層上得到擴散，將壓力傳遞至土基和墊層中;在面層上，[JP4]則可以提高惡劣環境下的承受力和行車荷載力;在墊層上，則能有效改善土基的溫度和濕度，保證基層、面層的穩定性、剛度和強度，從而避免道路路面因翻漿或凍脹而影響道路使用壽命。

2.1.2 路基作業

根據有關調查研究，道路等常見建筑之所以耐久性不足，除環境因素影響外，部分原因是混凝土缺乏足夠的強度。一般情況下，路基會受到三方面的力：（1）靜荷載力;（2）基本結構的重量;（3）動荷載力，也就是車輛行駛過程中從路面傳播而產生的力?？紤]路面和路基等連接結構的情況，由于這些結構較為松散，所以存在抗動荷載力相對較弱的問題。由于路基施工所需的材料常常受到地質作用和地殼震動等自然因素影響，所以路基會出現被破壞和被侵襲等問題，從而造成路基的抵抗力差，而將高性能混凝土應用到路基中就能有效解決以上的問題。高性能混凝土既可以提高道路的建造質量，保證路基不因施工材料穩定性問題而造成下沉，同時又不會因水泥用量少，而造成路基缺乏耐久性等問題。但是要注意的是，道路在進行路基作業時，一定要根據道路的實際情況來進行施工，對混凝土進行合理配比，以最大程度發揮其優點[5]。

在進行高性能混凝土配比制作時必須要注意以下幾方面的要求：

（1）水泥細骨料的選擇，用質地均勻、級別好的天然中粗河砂。而且，還要控制好粗骨料的直徑，保證其最大直徑<31.5 mm。同時，不能大于鋼筋保證層厚度的2/3，鋼筋最小間距則不超過3/4，混凝土顆粒徑≤25 mm，粗骨料選擇質地均勻的鵝卵石或者碎石，不可以用砂巖作為原料，砂石的吸水性≤2%。

（2）選擇好攪拌混凝土的水。所選擇的水應是天然、無污染的。

（3）配置>350 m2的高性能混凝土時，要選擇≤32.5的硅酸鹽水泥，水泥的相關性能要滿足建筑工程有關標準，而且保證游離氧化鈣含量≤1.5%，水泥的含堿量>0.6%。

2.2 橋梁施工過程中高性能混凝土的應用

根據橋梁施工中混凝土系數的要求情況（見表1），由于高性能混凝土具有諸多優點，長、大跨橋梁以及離岸結構施工中都經常使用到高性能混凝土和以它為基礎的拌和物，因此現階段的橋梁施工中廣泛使用到高性能混凝土，具體到橋梁的墩部、墩基以及主梁等位置。橋梁施工中之所以經常使用到高性能混凝土，這是由于高性能混凝土具有較強的體積穩定性、后期韌性高、早期強度高、力學穩定性能長期保持、搗實后不容易離析、澆筑工序簡單等優點。而且橋梁所面對的外部環境相比更惡劣，使用高性能混凝土能有效保證橋梁的耐久性和使用壽命，使用高性能混凝土還可以通過測試了解混凝土的疲勞情況[6]。高性能混凝土除能夠提高橋梁的質量和使用壽命外，還能獲得較好的社會效益和經濟效益。由于高性能混凝土后期的養護相對較低，所以從經濟性的角度來看，使用高性能混凝土能夠滿足橋梁建設的環保、經濟要求。例如2005年建造完畢的上海東海大橋，當時的設計年限是100年，為達到使用年限的要求，建設單位使用了高性能混凝土，通過對混凝土的配比進行優化，將礦渣、粉煤灰等物質放置到混凝土中，形成特殊的摻和料，從而有效地提高了混凝土的滲透性、耐久性以及抗壓性，單是建筑材料的費用就降低了2 000萬元，極大地壓縮了橋梁的建造成本，并滿足綠色環保、經濟高效的要求。

3.1 制備工藝情況

相比普通混凝土制備流程，高性能混凝土與其大體相同，不同之處在于摻和料以及配比方面[7]。制備高性能混凝土時，首先要選擇具有良好攪拌性的攪拌設備，臥軸式或者逆流式攪拌機可以用來制作一般的高性能混凝土，以上兩種型號的攪拌設備可以實現在短時間內均勻攪拌混凝土。同時，在高性能混凝土的制作過程中，要計算好原料的用量情況，根據不同原料的使用情況來開展準確的計算。雖然部分先進的攪拌設備具有相應的計算功能，如含量測定功能和用量控制設備，不過對于高性能混凝土，在攪拌時制備工作人員還需要重視其攪拌過程，根據攪拌情況來做相應的工藝調整。對于添加劑和摻和物的使用，要嚴格執行國家和行業有關規定標準。在攪拌時間的處理上，要控制好高性能混凝土的攪拌時間，不能過長也不能過短，以免因攪拌時間不合理影響高性能混凝土的質量。而對于水和水泥之間的配比問題，要控制好它們之間的配比范圍標準，使用高強度的水泥，保證其與水配合時能最大程度地發揮高強度水泥的性能，從而提高高性能混凝土的質量。

3.2 高性能混凝土的施工前期準備

在進行高性能混凝土作業過程中，第一步要對道路橋梁進行施工測量，也就是對道路橋梁的施工環境展開勘察測量，然后再檢查相關的施工工藝以及施工設備的準備情況，根據不同的工程要求情況，制定施工方案，控制好施工的有關細節。如在道路橋梁施工前，要準備好振平搗鼓機、碾壓機以及安裝澆筑模板等，整個施工過程分為多個流程，其中包含拆模、保養、振搗、澆筑、安裝模板、碾壓、推平以及測量放樣等[8]。

3.3 高性能混凝土的澆筑

道路橋梁高性能混凝土澆筑的規范化程度直接影響到高性能混凝土的質量，所以一定要控制好高性能混凝土的澆筑過程。在開展澆筑之前，建設單位的人員必須要檢測混凝土的剛度、強度以及模板規格，保證混凝土符合施工標準。同時結合預埋件和鋼筋數量來選擇相應的混凝土澆筑的厚度。在開展混凝土澆筑前，一定要對模板表面的砂漿、污漬進行清理，保證模板表面的平整、干凈，防止因模板表面清潔度問題而影響到混凝土澆筑質量。在開展混凝土澆筑時，必須進行振搗，以此提高混凝土澆筑質量，在混凝土中放置振搗棒，以此提高混凝土的密實度。振搗時要控制好混凝土澆筑的順序，避免發現漏振、錯振等問題。振搗棒在開展振搗時，按照“慢插快拔”的方式，控制好其與模板的距離，防止振傷模板，引發砂漿滲透問題。

3.4 高性能混凝土的養護

在完成高性能混凝土澆筑后，還要重視對高性能混凝土的養護處理。一旦高性能混凝土結構得不到及時的養護，可能會導致混凝土結構出現裂縫，從而對混凝土質量造成不良影響?；炷翝仓瓿傻?2 h后，要對混凝土開展灑水工作，以此保護混凝土。由于高性能混凝土的灰、水比例較小，因此在完成澆筑以后，必須要及早對混凝土開展保濕和保溫處理，防止水泥因水化熱問題導致混凝土出現內外溫差大的情況，從而引發混凝土結構發生塑性收縮，造成混凝土溫度變形。為防止混凝土出現結構問題，應該添加一層養護劑到混凝土結構表面或者一層茅草覆蓋到混凝土結構表面。一般來說，混凝土養護周期為7～14 d。若是夏季，還要注意混凝土灑水的頻率，根據溫度情況來提高灑水次數。

4 高性能混凝土技術要點探討

要提高道路橋梁的建造質量，必須要控制好高性能混凝土的配料比，這是施工過程中非常重要的一環，也是高性能混凝土具備高耐久性和強度的原因。所以在開展配料時，一定要健全相關的監督工作，確保配料的科學合理。同時，在道路橋梁的施工過程中，現場工作人員必須要具備較高的施工技術，因此，建設單位應做好有關人員的培訓工作，不定期地對現場人員進行培訓考核。

5 結語

高性能混凝土作為一種新型高技術混凝土，因其具有體積穩定性、較高的耐久性以及高強度等優點，符合道路橋梁對建造材料高性能的要求，廣泛應用在道路橋梁施工中，極大地提高了工程的施工質量和效率。所以，道路橋梁工程的研究人員應不斷加強對高性能混凝土的研究和分析，通過科學、合理的施工工藝來保證道路橋梁工程的建造質量，以此提高我國道路橋梁工程的經濟效益和社會效益，保證我國區域經濟的穩定、均衡發展。

參考文獻：[HJ1.73mm]

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[4]查志軍.解析高性能混凝土在道路橋梁施工中的應用[J].門窗，2014（3）：116-117.

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[6]唐 劍.橋面平整度的施工控制措施探析[J].黑龍江交通科技，2014（12）：144.

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[8]馬士賓，許艷偉，楊鑫瑋，等.基于響應面的路用高性能水泥混凝土配合比優化研究[J].混凝土，2017（12）：164-168.